JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Chemistry

19F NMR spektroskopi kullanarak Lipophilicity (logP) ölçüm için yeni bir basit Yöntem

Published: January 30, 2019
doi:
10.3791/58567
, , , , ,
1Chemistry,University of Southampton, 2Medicinal Chemistry, Oncology, IMED Biotech Unit,AstraZeneca

Summary

Bir roman ve shake-balon yönteminin basit varyasyon Fluor bileşikleri doğru lipophilicity ölçüm için 19F NMR spektroskopisi tarafından geliştirilmiştir.

Abstract

Fluorination biyoaktif bileşiklerin Fizikokimyasal özellikleri optimize etmek için etkili bir araç haline gelmiştir. Flor giriş uygulamalardan biri lipophilicity bahçedeki modüle etmektir. Bizim grupta fluorination lipophilicity alifatik fluorohydrins ve Fluor karbonhidratlar üzerinde etkisinin çalışmada ilgilendi. UV-aktif, zorlu bir lipophilicity tayini çıkan bunlar değil. Burada, 19F NMR spektroskopisi tarafından Fluor bileşikleri lipophilicity ölçümü için basit bir yöntem mevcut. Bu yöntem hiçbir UV-etkinlik gerektirir. Doğru çözünen kitle, solvent ve aliquot birim değildir ayrıca ölçülecek gerekli. Bu yöntemi kullanarak, çok sayıda flüorlu oluşturur ve karbonhidrat lipophilicities ölçülür.

Introduction

Lipophilicity ilaç adaylarının uyuşturucu çözünürlük, bioavailability ve toksisite1de dahil olmak üzere birçok yönden özelliklerini etkileyen bir anahtar fizikokimyasal ilaç molekülleri parametresidir. Lipophilicity n-octanol ve su bölümleme sonra bileşik konsantrasyonları oranını logaritması (logP) ölçülür. En iyi lipophilicity aralıkları önerdi 5 Lipinski’s “kuralı ” en ünlü örnek2,3olduğu sözlü olarak yönetilen ilaçların istatistiki verilere dayalı. Gerçekten de, lipophilicity kontrol ilaç adaylarının umudu geliştirmek için temel olarak göstermiştir. Uyuşturucu bağlama benzeşimi tarafından yükseltilmiş lipophilicity artan uyuşturucu keşif projelerinde ana sorunlardan biri olarak son birkaç yılda yüksek yıpratma oranları3‘ e lider olduğu belirlendi. Bu nedenle, başarılı ilaç geliştirme sırasında benzeşimi en iyi duruma getirme işlemi3,4moleküler lipophilicity ilaç adaylarının en uygun sınırları içinde tutma ile ilişkili olduğunu sürülmüştür. Bu bağlamda, yeni kavramlar (örneğin lipofilik verimlilik endeksi) tanıttı5,6olmuştur.

Böylece doğru lipophilicity ilaç geliştirme süreci sırasında ölçmek için büyük önem taşımaktadır. Ayrıca, temel araştırma olarak talep lipophilicity ölçüm için basit yöntemleri durumu olduğunu amaçları için çözümler tanımlamak için oturumP modülasyon. Şu anda, çok sayıda kurulan yöntemleri lipophilicity belirlenmesi1için erişilebilir. Standart ‘shake-şişesi (SF)’ Yöntem7ve türevlerini yaygın olarak günlükP değerleri doğrudan, hangi miktar için UV-VIS spektroskopisi bağlıdır çoğu durumda ölçmek için istihdam edilmektedir. Bu klasik SF yöntemin olumsuz yanı, emek yoğun doğası olduğunu. Buna ek olarak, emülsiyonlar oluşumu, özellikle son derece lipofilik bileşikler8,9için oluşabilir. Akış enjeksiyon analiz, diyaliz boru, vbkullanarak gibi bu tür sorunları aşmak için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. 9,10. Ancak, bu yöntemlerden hiçbiri olmayan uzman laboratuvarlarda basit veya kolayca uygulanabilir.

Orada da birçok dolaylı Yöntem için kullanımı, potentiometric titrasyon11, elektroforetik Yöntem12,13, kromatografik yöntemler RP-HPLC tabanlı, kütle spektrometresi temelli yöntemleri14, gibi vb. GünlükP değerleri kalibrasyon eğrileri tarafından elde edilen gibi bunlar dolaylı yöntemlerdir. Çünkü Kullanıcı dostu ve zaman kazandıran bu yöntemler arasında RP-HPLC yöntemi yaygın olarak kullanılmıştır. Yine de, onun doğruluğunu kalibrasyon eğrisi kurmak için kullanılan eğitim kümesi üzerinde bağlıdır ve tahmini lipophilicity bölümü kullanılan sistem13tarihinde,15bağlıdır.

Lipophilicity tayini için literatürde bildirilen 1H NMR tabanlı yöntemleri vardır. Mo ve ark. 1H NMR deuterated çözücüler olmadan kullanarak günlükP ölçü için bir yöntem geliştirdi. Su ve octanol, Bölüm solvent olarak referans olarak her aşama16çözünen konsantrasyon miktar için kullanılmıştır. Herth ve iş arkadaşları tarafından bölümü deneme nerede NMR veri alt D2O sulu katmanın önce ve sonra dağıtım elde etmek için 1-octanol ile ekstraksiyon toplanmıştır doğrudan bir NMR tüp içinde oluştuğu bir yaklaşım da bildirdi katsayısı17. Ayrıca, Soulsby ve ark. 1H NMR sinyallerin genlik genlik frekanslı tablo yazılımı için tam azaltma kullanarak belirleme bir analiz aracı olarak kullandı. Her iki katmanı genlikleri oranını ölçülen bölüm18katsayısı yol açtı. Bu yöntemler kullanmak ama genellikle uygun çözelti bastırılması sağlamak ve seçicilik sinyal için degrade bakliyat şeklinde seçici bakliyat ve güç seviyeleri kalibrasyonu veya kullanımı gerektirir nispeten kolaydır.

Bileşikler için hesaplanan günlükP (takunyaP) değerleri de edinilebilir. Birkaç hesaplama yöntemleri ve ticari olarak mevcut yazılım mevcuttur. Çok sayıda ilaç molekülleri değerlendirirken bu takunyaP değerleri ilaç endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. Ancak, takunyaP değerleri gelen büyük hatalar nadir19,20değildir.

UV-etkinlik konsantrasyon analizi için gereksinimleri ve kalibrasyon eğrileri günlükP hesaplaması için kurulması bu alanda araştırma ilerleme engel. Özellikle, UV etkin olmayan alifatik bileşikler için durum böyle. Fluorlu alifatik moieties son yıllarda giderek ilaç tasarımı için cazip hale gelmiştir ve tesisin genel lipophilicity onların etkisi bizim grup21bir araştırma konusu. Buna ek olarak, 19F 19F NMR Fluor bileşikleri analiz etmek için yararlı bir araç yapmak son derece hassas bir NMR aktif çekirdek olduğunu. Ayrıca 1H. kıyasla daha geniş bir kimyasal üst karakter aralığı vardır Bu nedenle, 19F NMR spektroskopisi tarafından günlüğüP kararlılık UV etkin olmayan Fluor bileşikleri için basit bir yöntem geliştirmek için faydalıdır. Bu nedenle, bu yöntem genel amacı Fluor bileşikleri belirlenmesi uygun lipophilicity ulaşmaktır.

Bizim 19F NMR tabanlı yöntemi anahtar bölümü deneme (Şekil 1)21‘ bileşik bir flüorlu başvuru eklemek için ilkedir. Bileşik X ve başvuru bileşik (ref) su ve n– octanol arasında bölümlendirilir. Sıcaklığına sonra bir aliquot her aşamasından bir NMR tüp içine alınır ve 19F NMR deneyler her iki NMR örnekleri üzerinde çalıştırılır. Flor doruklarına yoğunluğunu konsantrasyon (C) ve flor atomları bileşikler (n) sayısı bileşik orantılıdır. Bileşik X ve ref arasında ayrılmaz oranları her iki aşama için elde edilebilir. N– octanol katmanında oranı ρ tanımlanırEkimve ρaq su katmanı (EQ 1) için. ρ değerleri oranı bileşik X ve ref (EQ 2) bölüm katsayıları (P) oranı eşittir. Bu günlük bileşik XP ölçümü için son Denklem (EQ 4) yol açar. Bu nedenle, günlük bilinmeyen bir bileşik X, sadece entegrasyon oranları (ρEkim ve ρaq)P değerini belirlemek için her iki katmanı 19tarafından F NMR ölçülecek ihtiyaç vardır.

Protocol

1. bölümleme 4,4,4-trifluorobutan-1-ol eklemek (X, ca. bileşik 6.0 mg) ve 2,2,2-trifluoroethanol (başvuru bileşik, ca. 3.0 mg) armut biçimli bir 10 mL şişe için n- octanol içinde erimesi (HPLC sınıf, ca. 2 mL) ve su ekleyin (HPLC sınıf, ca. 2 mL).Not: Bu deneme nüsha çalıştırılır. Su ve n- octanol bileşik çözünürlük kontrol edilmelidir. Bölüm için kullanılan bileşik miktarı dikkatle oversaturation bahçedeki herhangi bir katmanda önlemek için dikkate alı…

Representative Results

Kontrol deneyleri Şekil 221′ de gösterilen gibi iki veri türlerini belirler. 2,2,2-trifluoroethanol başvuru bileşik kullanarak, günlükP değerleri 2-fluoroethanol ve 3,3,3,2,2-pentafluoropropanol için-0.75 ve +1.20, anılan sıraya göre elde edilmiştir (Şekil 2A). Daha sonra 2-fluoroethanol lipophilicity yine ama 3,3,3,2,2-pentafluoropropanol ile (P değeri +1.20 önceki, deney…

Discussion

Gazetede açıklanan günlükP ölçüm Fluor bileşikleri için basit bir yöntem protokolüdür. Bu yöntem için Fluor bileşikleri bir logP değeri ile 3 -3 üzerinden geçerlidir. Daha fazla bilgi için hidrofilik (P oturum < -3) ya da lipofilik bileşikler (günlükP > 3), bu yöntem hala kullanılabilir ama iyi bir sinyal / gürültü oranı elde etmek için genişletilmiş geçişler sayısını gerektiğinde daha fazla NMR deney zaman gerektirecektir. Bu nedenle, bu yöntem bi…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu araştırma parçası EPSRC hibe EP/K016938/1 ve EP/P019943/1 (ZW, Rotasyonlarla) ve bir EPSRC/AstraZeneca durumda dönüşüm Ödülü (BFJ) finanse edilmektedir. Southampton Üniversitesi ek destek için teşekkür etti. EPSRC daha fazla çekirdek yeteneği hibe EP/K039466/1 Teşekkür etti.

Materials

NMR (400 MHz) with Bruker 5 mm SEF probe Bruker n/a AVIIIHD400
NMR (400 MHz) with Bruker 5 mm SMART probe Bruker n/a
DrySyn Snowstorm reactor Asynt ADS13-S
recirculating chiller Asynt n/a model:Grant-LTC2
magnetic stirplate Asynt ADS-HP-NT
ACD/NMR processor software ACD/Labs n/a ACD/NMR processor academic edition or ACD/Spectrus processor 2015
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Arnott, J. A., Planey, S. L. The influence of lipophilicity in drug discovery and design. Expert Opinion on Drug Discovery. 7 (10), 863-875 (2012).
  2. Lipinski, C. A., Lombardo, F., Dominy, B. W., Feeney, P. J. Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings. Advanced Drug Delivery Reviews. 23 (1), 3-25 (1997).
  3. Leeson, P. D., Springthorpe, B. The influence of drug-like concepts on decision-making in medicinal chemistry. Nature Reviews Drug Discovery. 6, 881 (2007).
  4. Perola, E. An Analysis of the Binding Efficiencies of Drugs and Their Leads in Successful Drug Discovery Programs. Journal of Medicinal Chemistry. 53 (7), 2986-2997 (2010).
  5. Tarcsay, A., Nyiri, K., Keseru, G. M. Impact of Lipophilic Efficiency on Compound Quality. Journal of Medicinal Chemistry. 55 (3), 1252-1260 (2012).
  6. Tarcsay, &. #. 1. 9. 3. ;., Keserű, G. M. Contributions of Molecular Properties to Drug Promiscuity. Journal of Medicinal Chemistry. 56 (5), 1789-1795 (2013).
  7. . . OECD Guidelines for Testing of Chemicals. , (1992).
  8. Tsang, S. C., Yu, C. H., Gao, X., Tam, K. Y. Preparation of nanomagnetic absorbent for partition coefficient measurement. International Journal of Pharmaceutics. 327 (1), 139-144 (2006).
  9. Andersson, J. T., Schräder, W. A Method for Measuring 1-Octanol−Water Partition Coefficients. Analytical Chemistry. 71 (16), 3610-3614 (1999).
  10. Danielsson, L. -. G., Yu-Hui, Z. Mechanized determination of n-octanol/water partition constants using liquid-liquid segmented flow extraction. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 12 (12), 1475-1481 (1994).
  11. Scherrer, R. A., Donovan, S. F. Automated Potentiometric Titrations in KCl/Water-Saturated Octanol: Method for Quantifying Factors Influencing Ion-Pair Partitioning. Analytical Chemistry. 81 (7), 2768-2778 (2009).
  12. Poole, S. K., Poole, C. F. Separation methods for estimating octanol-water partition coefficients. Journal of Chromatography B. 797 (1), 3-19 (2003).
  13. Ishihama, Y., Oda, Y., Uchikawa, K., Asakawa, N. Evaluation of Solute Hydrophobicity by Microemulsion Electrokinetic Chromatography. Analytical Chemistry. 67 (9), 1588-1595 (1995).
  14. Jorabchi, K., Smith, L. M. Single Droplet Separations and Surface Partition Coefficient Measurements Using Laser Ablation Mass Spectrometry. Analytical Chemistry. 81 (23), 9682-9688 (2009).
  15. Kaliszan, R. Quantitative structure-retention relationships. Analytical Chemistry. 64 (11), 619A-631A (1992).
  16. Mo, H., Balko, K. M., Colby, D. A. A practical deuterium-free NMR method for the rapid determination of 1-octanol/water partition coefficients of pharmaceutical agents. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 20 (22), 6712-6715 (2010).
  17. Stéen, E. J. L., et al. Development of a simple proton nuclear magnetic resonance-based procedure to estimate the approximate distribution coefficient at physiological pH (logD7.4): Evaluation and comparison to existing practices. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 27 (2), 319-322 (2017).
  18. Soulsby, D., Chica, J. A. M. Determination of partition coefficients using 1H NMR spectroscopy and time domain complete reduction to amplitude-frequency table (CRAFT) analysis. Magnetic Resonance in Chemistry. 55 (8), 724-729 (2017).
  19. Tetko, I. V., Poda, G. I., Ostermann, C., Mannhold, R. Accurate In Silico log Predictions: One Can’t Embrace the Unembraceable. QSAR & Combinatorial Science. 28 (8), 845-849 (2009).
  20. Waring, M. J. Lipophilicity in drug discovery. Expert Opinion on Drug Discovery. 5 (3), 235-248 (2010).
  21. Linclau, B., et al. Investigating the Influence of (Deoxy)fluorination on the Lipophilicity of Non-UV-Active Fluorinated Alkanols and Carbohydrates by a New log P Determination Method. Angewandte Chemie International Edition. 55 (2), 674-678 (2016).
  22. Derome, A. E. . Modern NMR Techniques for Chemistry Research. , (1997).
  23. Claridge, T. . High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry. , (1999).
  24. Zhang, F. -. F., et al. Quantitative analysis of sitagliptin using the 19F-NMR method: a universal technique for fluorinated compound detection. Analyst. 140 (1), 280-286 (2015).
  25. Muller, N. When is a trifluoromethyl group more lipophilic than a methyl group? partition coefficients and selected chemical shifts of aliphatic alcohols and trifluoroalcohols. Journal of Pharmaceutical Sciences. 75 (10), 987-991 (1986).
  26. Hansch, C., Leo, A. . Substituent constants for correlation analysis in chemistry and biology. , (1979).
  27. Dillingham, E. O., Mast, R. W., Bass, G. E., Autian, J. Toxicity of Methyl- and Halogen-Substituted Alcohols in Tissue Culture Relative to Structure-Activity Models and Acute Toxicity in Mice. Journal of Pharmaceutical Sciences. 62 (1), 22-30 (1973).
  28. Leo, A., Hansch, C., Elkins, D. Partition coefficients and their uses. Chemical Reviews. 71 (6), 525-616 (1971).
  29. Fujita, T., Iwasa, J., Hansch, C. A New Substituent Constant, π, Derived from Partition Coefficients. Journal of the American Chemical Society. 86 (23), 5175-5180 (1964).
  30. Zhong-Xing, J., Xin, L., Eun-Kee, J., Bruce, Y. Y. Symmetry-Guided Design and Fluorous Synthesis of a Stable and Rapidly Excreted Imaging Tracer for 19F MRI. Angewandte Chemie International Edition. 48 (26), 4755-4758 (2009).

Tags

LipophilicityLogP19F NMR SpectroscopyFluorine NMROrganic CompoundsMedicinal ChemistryReference CompoundN-octanolWaterPhase SeparationAliquotNMR Tube

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Wang, Z., Jeffries, B. F., Felstead, H. R., Wells, N. J., Chiarparin, E., Linclau, B. A New Straightforward Method for Lipophilicity (logP) Measurement using 19F NMR Spectroscopy. J. Vis. Exp. (143), e58567, doi:10.3791/58567 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image